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磁控式動態無功補償裝置控制系統的分析與應用
上傳時間:磁控式動態無功補償裝置控制系統的分析與應用

1 引言

隨著工業技術的飛速發展,工礦企業的自動化程度越來越高,用電設備的容量不斷增大,在生產過程中一些大功率設備(如煤礦的提升機、采掘機)啟動頻繁,負荷變化大,瞬間產生的大電流沖擊電網,造成電網電壓的波動和閃變。另外,工礦企業的變頻器、大功率整流器等非線性設備逐年增多,運行中將產生大量的高次諧波,降低了電網的電能質量,影響其他設備的安全穩定運行。因此,必須在工礦企業的變電站安裝無功補償及消諧裝置。目前一些工礦企業采用相控電抗器的TSVC型無功補償裝置[1],能起到較好的補償效果,但其補償呈階梯性,且晶閘管兩端承受電壓高,發熱量多,易被擊穿,需要配備專用的冷卻設備,結構復雜,占地面積大。同時,晶閘管的移相觸發控制產生的諧波流入電網,造成了二次諧波污染。為此,推出磁控式動態無功補償裝置——簡稱MSVC[2],它主要采用磁控電抗器(MCR)、自耦勵磁和晶閘管光電移相觸發控制裝置和DWK/BR-C型高壓無功自動補償控制器,運用全數字化控制技術,對補償濾波支路和磁控電抗器進行綜合控制。通過動態調節磁控電抗器的感性無功,平衡因負荷波動形成過補償的容性無功,使系統無功平衡和工作電壓穩定。由于磁控電抗器控制系統采用自耦勵磁和磁飽和控制方式,具有系統產生的諧波少、晶閘管承受的電壓低、發熱量小、功耗低、結構簡單、占地面積小、可靠性高等顯著優點[3]。此補償裝置特別適用于負荷波動嚴重,如電弧爐、礦井提升機及整流設備等大型無功沖擊設備的工礦企業。MSVC解決了供電系統的電壓波動、無功平衡和諧波濾波問題,對于提高電能質量、安全運行、降低損耗、節能和提高用電設備的利用率等具有重要的意義。 本文主要對MSVC控制系統的原理進行分析,通過在礦區110KV變電站的應用,分析系統的測試數據,確定MSVC具有較好的動態補償效果。

2 MSVC概述

如圖1所示,MSVC主要由補償濾波支路、MCR及主控制系統組成。補償濾波支路采用單調諧濾波器,通過高壓真空開關或接觸器接于母線,與諧波源并聯,在諧振頻率下,感抗與容抗相等時,可對相應頻次諧波表現為低阻抗,從而有效地抑制了流向供電系統或其他負荷的諧波電流,因此起到無功補償和濾波作用。MCR控制采用直流助磁原理和極限磁飽和技術,利用附加直流勵磁磁化鐵心,根據控制系統要求,通過控制晶閘管的角度調節電路勵磁電流的大小,使小截面段鐵心磁飽和程度隨之變化,從而改變MCR的輸出電感量 [4]。主控制系統是MSVC的核心部件,采集的電壓和電流信號輸入主控系統,經過A/D轉換處理后,再根據系統實際運行情況進行判斷,自動生成調容與調抗的控制策略。因此MSVC能夠根據瞬時負荷波動進行動態無功調節,使系統無功達到最佳的補償狀態。

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2.1 MSVC控制系統

MSVC控制系統主要由DWK/BR型控制器、DSP控制器、微機監控系統、光電觸發控制裝置、同步裝置、顯示與控制界面等組成。結構框圖如圖2所示,MSVC控制系統能夠自動識別變電站主變的不同運行方式,根據系統的無功需求,由DWK/BR型控制器控制投切開關,將一些補償濾波支路投入電網中;然后通過電壓和電流互感器采集母線電壓和進線電流信號,經功率變送器處理后輸入到DSP控制器,計算出電容器補償后的無功量和功率因數,再由DSP控制器再進行判斷并計算,得出對應的晶閘管控制角,對晶閘管進行移相控制,改變控制電流的大小,從而改變MCR感性無功量,以補償負載無功功率的沖擊。


DSP控制器主要完成信號的A/D轉換處理、功率計算和觸發脈沖輸出等任務,是系統動態無功補償的控制核心[5]。它采用TI公司的TMS320F2812芯片,是高性能32位CPU,時鐘頻率為150MHz,芯片內部具有12位高速同步采樣A/D轉換器、16個通道和兩個串行通訊接口,具有強大的數字信息處理、控制和通訊功能,適用于高性能數字化控制系統。同步裝置采集MCR母線電壓信號,進行多階濾波處理,濾除電壓中的高次諧波和直流分量成分,然后對所;ㄟM行方波變換,得到與母線電壓基波相位一致的方波信號,波形如圖3所示。DSP控制器通過光纖接口接收來自同步裝置的三相同步信號,根據計算出的控制角,由光發射口向MCR發送同步的觸發脈沖信號,同時,RS485通訊接口把DSP控制器相關參數傳送至微機監控系統顯示界面,并響應微機監控系統的相關命令。

 2.1.2 微機監控系統

微機監控系統能對整個控制系統所有的模擬量與開關量進行監測,可實時更新系統的電壓、總進線電流、MCR進線電流、系統功率、功率因數和高次諧波等信息,并繪制成相應曲線,顯示在人機界面,用戶可在顯示界面上查詢到所有相關數據信息,同時這些數據信息通過RS485通訊接口傳送至后臺機,便于值班人員遠程監控。另外微機監控系統還具有故障自診斷功能,當系統發生信號異常、過壓、欠壓、過流、磁控三相電流不平衡和磁控電抗器本體故障時,微機監控系統發出報警信號并將故障指令傳到系統保護電路,控制高壓開關分閘,完成系統的保護。

2.1.3 MCR控制器

MCR控制器主要由三套完全相同的磁控閥及其光電觸發控制裝置和配套的觸發光纖組成。MCR控制器連接如圖4所示。在MCR控制端設端子盒,將壓力釋放閥、瓦斯繼電器和測溫裝置等用電纜接至端子盒,端子盒還留有足夠端子與外部連接。每個磁控閥由兩個晶閘管和一個二極管組成的單相全波整流電路,且晶閘管采用先進的光電觸發控制方式。而光電觸發控制裝置主要由高電位邏輯觸發單元和輔助電源組成,從RC回路中取電,作為高電位觸發裝置的直流電源,同時接受來自觸發裝置的光編碼信號并解碼,產生符合晶閘管觸發要求的門極觸發脈沖。


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